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1、实验一研究匀变速直线运动【实验目的】1.练习正确使用打点计时器,学会利用打点纸带研究物体的运动。2.掌握判断物体是否做匀变速直线运动的方法Δx=aT2。3.测定匀变速直线运动的加速度。【实验原理】1.打点计时器:(1)作用:计时仪器,每隔0.02s打一次点(50Hz)。(3)纸带的应用:①纸带上的点可表示和纸带相连的物体在不同时刻的位置。②通过研究纸带上各点之间的距离,可以判断物体的运动情况。③可以利用纸带上打出的点来确定计数点间的时间间隔。(注意计数点和计时点的区别)2.匀变速直线运动的判断:(1
2、)沿直线运动的物体在连续相等时间T内的位移分别为x1、x2、x3、x4…,若Δx=x2-x1=x3-x2=x4-x3=…则说明物体在做匀变速直线运动,且Δx=aT2。(2)利用“平均速度法”确定多个点的瞬时速度,作出物体运动的v-t图象。若v-t图线是一条倾斜的直线,则说明物体的速度随时间均匀变化,即做匀变速直线运动。3.由纸带求物体运动速度的方法:根据匀变速直线运动某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,vn=。4.利用纸带求物体加速度的两种方法:(1)逐差法:根据x4-x1=x5-x
3、2=x6-x3=3aT2(T为相邻两计数点之间的时间间隔),求出,再算出a1、a2、a3的平均值即为物体的加速度。(2)图象法:如图所示,以打某计数点时为计时起点,利用vn=求出打各点时的瞬时速度,描点得v-t图象,图象的斜率即为物体做匀变速直线运动的加速度。【实验器材】电火花计时器或电磁打点计时器、一端附有滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、导线、电源、复写纸。【实验过程】1.仪器安装:(1)把一端附有滑轮的长木板放在实验桌上,并使滑轮伸出桌面,把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端,
4、连接好电路。(2)把一条细绳拴在小车上,细绳跨过定滑轮,下边挂上合适的钩码,把纸带穿过打点计时器,并把它的一端固定在小车的后面。实验装置如图所示,放手后,看小车能否在木板上平稳地加速滑行。2.测量与记录:(1)把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,后放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点,换上新纸带,重复三次。(2)从三条纸带中选择一条比较理想的,舍掉开头一些比较密集的点,从后边便于测量的点开始确定计数点,为了计算方便和减小误差,通常用连续打点五次的时间作为时间单位,即计
5、数点的时间间隔为T=0.1s。正确使用毫米刻度尺测量每相邻两计数点间的距离,并填入设计的表格中。(3)利用某一段时间的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度求得各计数点的瞬时速度。(4)增减所挂钩码的个数,再重复实验两次。【数据处理】1.由实验数据得出v-t图象:(1)根据表格中的v、t数据,在直角坐标系中仔细描点。(2)作一条直线,使同一次实验得到的各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在直线的两侧,这条直线就是本次实验的v-t图线,它是一条倾斜的直线,如图所示。2.由实验得出的v-
6、t图象进一步得出小车运动的速度随时间变化的规律:(1)直接分析图象的特点得出。小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值Δt时,速度也会增加相同的值Δv,由此得出结论:小车的速度随时间均匀变化。(2)通过函数关系进一步得出。既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数关系式为v=kt+b,显然v与t成线性关系,小车的速度随时间均匀变化。【误差分析】1.偶然误差:(1)纸带上计数点间距测量有偶然误差,故要多测几组数据,以尽量减小误差。(2)用作图法作出的v-t图象
7、并不是一条直线。为此在描点时最好用坐标纸,在纵、横轴上选取合适的单位,用细铅笔认真描点。2.系统误差:(1)纸带运动时摩擦不均匀,打点不稳定引起误差,所以安装时纸带、细绳要与长木板平行,同时选择符合要求的交流电源的电压及频率。(2)木板的粗糙程度并非完全相同,这样测量得到的加速度只能是所测量段的平均加速度。可在木板上铺一层白纸或换用气垫导轨。【注意事项】1.平行:纸带、细绳要和长木板平行。2.靠近:释放小车前,应使小车停在靠近打点计时器的位置。3.先后顺序:实验时应先接通电源,后释放小车;实验后先断
8、开电源,后取下纸带。4.防止碰撞:在到达长木板末端前应让小车停止运动,防止钩码落地,小车与滑轮碰撞。5.减小误差:小车另一端挂的钩码个数要适当,避免速度过大而使纸带上打的点太少,或者速度太小,使纸带上打的点过于密集。6.纸带选取:选择一条点迹清晰的纸带,舍弃点密集部分,适当选取计数点。7.准确作图:在坐标纸上,纵、横轴选取合适的单位(避免所描点过密或过疏而导致误差过大),仔细描点连线,不能连成折线,应作一条直线,让各点尽量落到这条直线上,落不到直线上的各点应均匀分布在
